化学反应工程 陈甘棠 第三版 课后答案

第一章习题

1

化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系?

答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。

2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么?

何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么?

答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。基元反应符合质量作用定律。基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。 3

若将反应速率写成 rA

dcA

，有什么条件? dt

答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。

4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器?

答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。

5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。

(1)A+2B C A+C D (2)A+2B C B+C D C+D→E

(3)2A+2B C

A+C D 解

2

rA k1cAcB k2cC k3cAcC k4cD2rB 2k1cAcB 2k2cC

(1)

rC kcc k2cC k3cAcC k4cDrD k3cAcC k4cD

2rA k1cAcB k2cC

2

1AB

(2)

2

rB 2k1cAcB 2k2cC k3cBcC k4cD

rC kcc k2cC k3cBcC k4cD k5cCcD k6cErD k3cBcC k4cD k5cCcD k6cE

22rA 2k1cAcB 2k2cC k3cAcC k4cD22rB 2k1cAcB 2k2cC

2

1AB

(3)

rC kcc k2cC k3cAcC k4cDrD k3cAcC k4cD

221AB

6 气相基元反应A+2B→2P在30℃和常压下的反应速率常数kc=2.65×

46-2-12

10mkmols。现以气相分压来表示速率方程，即( rA)=kPpApB，求kP=?（假定气体为理想气体） 解

T 273 30 303Kkc 2.65 104m6kmol 2s 1c

pRT

2

p p 2

rA kccAcB kcA B

RT RT 2

rA kppApB

kc2.65 104m6kmol 2s 1

kP

(RT)38.314kJ kmol 1K 1 303K

1.655 10 6kmol m 3s-1kPa-3

7 解 kt

1x AcA01 xA

有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80％，经过18min后，转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。

10.81

(kcA0)8min

81 0.8210.91 (kcA0)18min 181 0.92

假设正确，动力学方程为

dcA2

kcAdt

8 反应A(g) +B(l)→C(l)气相反应物A被B的水溶液吸收，吸收后A与B

生成C。反应动力学方程为： rA=kcAcB。由于反应物B在水中的浓度远大于A，在反应过程中可视为不变，而反应物A溶解于水的速率极快，以至

3

于A在水中的浓度恒为其饱和溶解度。试求此反应器中液相体积为5m时

3-1-1-3-3

C的生成量。已知k=1mkmolhr，cB0=3kmol·m，cA饱和=0.02 kmol·m，

3-1

水溶液流量为10mhr。 解

rA kcAcB由已知条件，cA与cB均为常数

rA 1 0.02 3 0.06kmol m 3hr 1

5m3

反应时间即液相在反应器中的停留时间 0.5hr

10m3hr 1

C的生成量NC 0.06kmol m 3hr 1 0.5hr 5m3 0.15kmol

9

反应2H2 2NO N2 2H2O，在恒容下用等摩尔H2，NO进行实验，测得以下数据 总压/MPa 半衰期/s

0.0272 265

0.0326 186

0.0381 135

0.0435 104

0.0543 67

求此反应的级数。

解

dpAdt

kpn

pA p ndpA kpdt

pA

p ndpt1pA0

A 0

dt

p n 1pA

A

1 kpt

n 1

p1 np1 n

n 1A0 A

kptp

A0

t t1pA 0.5pA0

n 1 p1 n1 nA0 0.5p1 n

A0

kpt21 0.51 n1 0.51 n1 kn 1pn

A0 tlnpkn 1 1 n lnpA0 lntppA00.13600.16300.19050.21750.2715t265186

13510467lnpA0 1.995 1.814 1.658 1.526 1.304

lnt2

5.580

5.226

4.905

4.644

4.205

lnt2对lnpA0作图，得直线

2

/1t nllnpA0

Y = A + B * X

Parameter Value Error

A 1.60217 0.01399 B -1.9946 0.00834 斜率 1.9946 1.9946 1 nn 3

三级反应

p1A0

2

p总

10 考虑反应A 3P，其动力学方程为 rA

容下以总压表示的动力学方程。 解

1dnAn kA试推导在恒VdtV

t 0t tpA

3pA0 p总 V1

3pA0 p总 nA 22RT

V

dnA dp总

2RT V 3pA0 p总 Vdp总 12RT k VdtVdp总

3pA0 p总 dt

11 A和B在水溶液中进行反应，在25℃下测得下列数据，试确定该反应反应

cA/kmol·m-3 -399.0 90.6 83.0 70.6 65.3 42.4 AnA0pA0nApAP003 nA0 nA 3 pA0 pA

p总pA03pA0 2pA

解由cA-cB=42.4可知反应应按下列方式A+B→产物进行 设为二级反应

dcA1cc

kcAcB积分得：kt lnAB0 dtcA0 cB0cA0cB

以

1c

lnA对t作图若为直线，则假设正确。

cA0 cB0cB

t

116.8 319.8 490.2 913.8 1188

由cA0-cB0=42.4整理得数据如下：

y

0.0131c

lnA 2

cA0 cB0cB

0.0149 0.0169 0.0216 0.0247

线性回归：

y

t

Y = A + B * X Parameter

A B

Value 0.01166 1.08978E-5

Error 1.84643E-4 2.55927E-7

y 1.0898 10 5t 0.01166

k 1.0898 10 5m3kmol 1s 1dc

A 1.0898 10 5cAcB

dt

12 丁烷在700℃，总压为0.3MPa的条件下热分解反应：

C4H10→2C2H4+H2 (A) (R) (S)

起始时丁烷为116kg，当转化率为50%时

dpA

0.24MPa s 1，求此时dt

dpRdnSdyA

， 。 dtdtdt

解

dpR dp

2 A 2 0.24 0.48MPa s 1 dt dt

dpSdppVV AnS SdnS dpSdtdtRTRT

116nA0 2kmolxA 0.5时

58

nA 1kmol，nR 2kmol，nS 1kmol，nt 4kmol V

ntRT4 RT

p总300

dnSVdpS4dpS4 2.4 0.032kmol s 1dtRTdt300dt300

dyA1dpA1

0.24 0.8s 1 dtp总dt0.3

-3

13 某二级液相不可逆反应在初始浓度为5kmol·m时，反应到某一浓度需要

-3

285s，初始浓度为1kmol·m时，反应到同一浓度需要283s，那么，从初

-3-3

始浓度为5kmol·m反应到1kmol·m需要多长时间？ 解

t=285-283=2s

反应前后体积不变的不可逆反应，已经反应掉的部分不会对反应产生任何影响。反应过程中的任意时刻都可以作为初始时刻和终了时刻。

14 在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁 …… 此处隐藏：3029字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……